(57)【要約】【課題】        発生汚泥量の低減効果と、酸素溶解効率の向上を、反応タンク外部に大きな設備設置スペースを設けることなく同時に達成する。【解決手段】    上記課題は、活性汚泥を用いた廃水処理装置において、散気装置を備えた反応タンク内に超音波発生手段を設置したことを特徴とする廃水処理装置によって達成される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性汚泥を用いた廃水処理装置において、散気装置を備えた反応タンク内に超音波発生手段を設置したことを特徴とする廃水処理装置。
【請求項２】
前記超音波発生手段が、超音波振動板と超音波振動子ユニットを有し、かつ該超音波振動板が気泡存在部に設置されていることを特徴とする請求項１に記載の廃水処理装置。
【請求項３】
前記超音波振動子ユニットが、水密構造であり、前記超音波振動板とともに気泡存在部に設置されていることを特徴とする請求項２に記載の廃水処理装置。
【請求項４】
複数の超音波発生手段が、上下方向および／または水平方向に多段に配置され、かつ、上下方向に隣り合う前記手段間ではその水平方向の中心がずらされて設置されていることを特徴とする請求項２または３に記載の廃水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、下水や工場排水、農村集落廃水等の、活性汚泥を用いた生物学的処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
下水や工場排水、農村集落廃水等の処理に、活性汚泥法と呼ばれる生物学的処理装置が用いられている。この方法は、下水や工場排水、農村集落廃水に含まれる汚濁物質を活性汚泥と呼ばれる微生物群によって分解して、清澄な処理水を得ようとするものである。一般的に、活性汚泥処理においては、微生物に対する酸素供給が必要であり、反応タンク底部付近にディフューザー、散気板、散気筒、エアレーターなどと呼ばれる散気装置を設置し、空気を微細気泡化して反応タンクに吹き込んでいる。
【０００３】
また、活性汚泥法においては、微生物が増殖するため、過剰となった微生物（余剰汚泥）を引き抜き、処分しているが、この発生汚泥量を低減し、汚泥処分費用を低減することを目的として、活性汚泥をオゾン分解する方法（特許文献１参照）、高温高熱菌を用いて分解する方法（特許文献２参照）、超音波分解する方法（特許文献３参照）、汚泥を破砕して分解する方法（特許文献4参照）などが開発されている。
【０００４】
上記の余剰汚泥を超音波で分解する方法は、汚水を生物処理する生物処理槽から活性汚泥スラリをポンプで引抜いて超音波処理装置に入れ、そこで超音波による分解を行うものである。
【０００５】
一方、汚水を生物学的処理装置で処理する際に、曝気槽の前提として気固液微細化装置を設けて、そこに汚水と空気等の反応促進気体を入れて微細化処理する方法が知られている（特許文献５参照）。微細化処理した水は順次曝気槽、沈殿槽に送られる。上記微細化処理は、気固液微細化槽の外部に設けたＳＡＭと称する送液管径の変化で加圧と減圧を繰返す装置で行い、それによって超音波を伴って氷を微小クラスター化しかつ微細気泡を発生させて、これを気固液微細化槽に返送している。
【０００６】
【特許文献１】特開平８−１３２０９５号公報
【特許文献２】特開２００２−１６６２８９号公報
【特許文献３】特開２００３−１１７５７９号公報
【特許文献４】特開２０００−３１７４９６号公報
【特許文献５】特開平７−５１６８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記の発生汚泥量低減のための技術は、活性汚泥反応タンクの外部で汚泥処理をするものであり、反応タンク外に設備設置のための余分なスペース（敷地）が必要である。また、これらの技術には、酸素溶解効率を上昇させる機能はない。
また、曝気槽の前提として気固液微細化装置を設ける方法もやはりこの装置のためのスペースが別途必要であり、また、この装置が高価であることも問題であった。さらに、この装置においても曝気装置は必要であり（図４）、その曝気における酸素の溶解効率を改善することについては何ら示されていない。
また、一般に、活性汚泥処理プロセスでは処理エネルギーの４０％程度が酸素溶解のために消費されており、酸素溶解効率（単位消費エネルギー量当りの酸素溶解量）を上昇することは処理の省エネに大きな効果がある。
本発明の目的は、上述の発生汚泥量の低減効果と、酸素溶解効率の向上を、反応タンク外部に大きな設備設置スペースを設けることなく同時に達成することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するべくなされたものであり、活性汚泥を用いた廃水処理装置において、散気装置を備えた反応タンク内に超音波発生手段を設置したことを特徴とする廃水処理装置、前記超音波発生手段が、超音波振動板と超音波振動子ユニットを有し、かつ該超音波振動板が気泡存在部に設置されていることを特徴とする上記の廃水処理装置、前記超音波振動子ユニットが、水密構造であり、前記超音波振動板とともに気泡存在部に設置されていることを特徴とする上記の廃水処理装置、複数の超音波発生手段が、上下方向および／または水平方向に多段に配置され、かつ、上下方向に隣り合う前記手段間ではその水平方向の中心がずらされて設置されていることを特徴とする上記の廃水処理装置を提供するものである。
【発明の効果】
【０００９】
この反応タンクに直接超音波発生装置を投入した構成により、発生汚泥量の低減効果と、酸素溶解効率の向上を、反応タンク外部に大きな設備設置スペースを設けることなく同時に達成できる。さらに、超音波発生装置の廃熱を効率よく周囲の活性汚泥液に逃がすことができるため、特に冷却水（水冷設備）や冷却ファン（空冷設備）を設ける必要もない。超音波発生装置が、上下方向に多段に配置され、かつ、上下方向となり合わせの装置間ではその水平方向の中心がずらされて設置されていることにより、気泡の合一により粗大化した気泡を効率的に微細化して、より高い酸素溶解効率を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の廃水処理装置の反応タンクは、曝気槽とも称されるもので形状は一般に箱形又は円筒形である。容積は、処理する廃水量によって大きく変わるが、一般に１池当り１２５〜１０００ｍ3程度である。その内部には、必要により攪拌機や整流板などが設けられることもある。
【００１１】
散気装置は、通常は空気又は酸素と空気との混合気体を吹き出させるもので、活性汚泥装置の曝気槽で使用されているものをそのまま使用できる。取付位置は、通常は反応タンクの底部近傍である。散気量は、通常、散気装置の面積当り、単位時間当り１０ｍ3／ｍ・ｈｒ〜１００ｍ3／ｍ・ｈｒ程度である。
【００１２】
超音波発生手段は、超音波発信機と、それに接続された超音波振動子ユニットと、この振動子に接続されて水中で振動する超音波振動板からなる。
【００１３】
超音波振動板は、外径が５〜１００ｃｍ程度、好ましくは１０〜５０ｃｍ程度であり、材質はチタン等が用いられる。形状は、ホーン状、板状（円板状、方形板状等）等であり、これらの周囲に突起を付けたり、多数の穴を明けたり、メッシュ（網目状）で形成したりすることができる。
設置する位置は散気装置の上方１０〜２００ｃｍ程度、好ましくは７０〜１５０ｃｍ程度が適当である。この超音波発生手段は、複数設けることができ、２〜４個／ｍ2程度が適当である。その場合、中心位置をずらせて、上から見て均等に分布されるようにすることが好ましい。
【００１４】
本発明の実施の形態を図１、２を用いて説明する。図１は本発明の基本的構成を示したもので、ブロワー（１）からヘッダー管（２）を経由して、反応タンク（３）に設置された散気装置（４）から吹き込まれた気泡は、散気装置（４）直上では微細気泡（５）であるものの、気泡同士が合一し、気泡が粗大化（６、７）する。このため、通常は気泡の合一を繰り返しつつ水面まで気泡が移動するので気液接触面積が減少し、酸素溶解効率は低下する。本発明では超音波移動板（８）により気泡が再度微細化される（９）。このため、気泡接触面積が大となり、酸素溶解効率が上昇する。主たる発熱部分である超音波振動子ユニットは水中に設置されるので、発生した熱は、液側に速やかに移動するので、特別な冷却手段（水冷、空冷）は不要である。また、反応タンク外部に設置される機器は基本的に超音波発信機（アンプ）だけであるので、反応タンク外部に必要となるスペースも従来法と比べてごく僅かである。
【００１５】
さらに、超音波振動板周囲の活性汚泥が超音波の作用により分解、可溶化されるので、発生汚泥量削減効果が同時に得られる。
【実施例１】
【００１６】
図１に示した基本構成の装置を用いて実際の都市下水の処理を実施した。比較対照系列は、超音波発生装置を設置していない以外は、同じ構成の装置を用いた。反応タンクの有効水深は４ｍ、反応タンクの幅と奥行きはそれぞれ１ｍである。散気装置としては、低部より５０ｃｍの位置に、市販のゴムメンブレン式ディフューザーを設置した。
【００１７】
本発明では、散気装置直上１．５ｍの位置に直径５０ｃｍの超音波振動板を設置し、２０ＫＨの超音波を連続的に出力した。原水としては都市下水処置場の最初沈殿池越流水を用い、滞留時間６時間の条件で処理を行なった。活性汚泥処理水は後段に設置した最終沈殿池で固液分離し、活性汚泥（微生物）は、反応タンクに返送し、処理水は放流した。なお、反応タンク内の微生物濃度（ＭＬＳＳ）は２５００ｍｇ／Ｌに設定し、増殖しすぎた微生物を余剰汚泥として引き抜いた。反応タンク内部の溶存酸素濃度は２ｍｇ／Ｌとなるように吹き込み空気量を制御した。
【００１８】
結果は以下のようなものであった。
１．処理水質
本法、従来法とも処理水のＢＯＤは２以下であり、良好な処理が行なわれ、その池の水質分析項目に関しても両者に大きな差は見られなかった。
２．消費電力
本法では、気泡が微細化されたため、同程度の溶存酸素濃度を維持するための吹き込み空気量は超音波装置を設置しない比較対照系列の１／２であった。空気吹き込みに関する電力消費量は本法では３．６ＫＷＨ、比較対照系列では７．２ＫＷＨであった。一方、超音波機器全体での消費電力は２．４ＫＷＨであり、合計の電力消費量は本法が６ＫＷＨ、比較対照系列が７．２ＫＷＨで本法が有利であった。
３．発生汚泥量
１ｍ3の下水を処理した場合の余剰汚泥引き抜き量は、乾燥固形物換算で、０．０８ｋｇであったのに対し、比較対照系列では０．１４ｋｇであり、大きな汚泥発生量削減効果が確認された。
【００１９】
以上のように、本法では、発生汚泥量の低減効果と、酸素溶解効率の向上を、反応タンク外部に大きな設備設置スペースを設けることなく同時に達成することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
本発明の廃水処理装置は、新規に設置する場合はもとより、既設の廃水処理装置にも適用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施例である廃水処理装置の概略縦断面図である。
【図２】本発明の別の実施例である廃水処理装置の概略縦断面図である。
【符号の説明】
【００２２】
１．ブロワー
２．ヘッダー管
３．反応タンク
４．散気装置
５．微細気泡
６．７．  合一気泡
８．超音波振動板
９．再度微細化された気泡
１０．超音波振動子ユニット
１１．超音波発信機（アンプ）
１２．活性汚泥
【図１】
2007111598.tif 000003
【図２】
2007111598.tif 000004